JP2008020008A - 駆動用ローラチェーン - Google Patents
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Abstract
【課題】リンクプレートの形状を最適化して重量の最小化を図り、軽量の駆動用ローラチェーンを提供する。
【解決手段】外プレート4が、1対のリンクピン孔の間に形成されたほぼ矩形の外窓11を有し、内プレート7が、1対のブッシュ孔5の間に形成されたほぼ矩形の内窓10を有している。外窓および内窓の隅には丸みがとってある。外プレート4および内プレート7は、長さ方向両端部の円弧部分41,71と円弧部分41,71から長さ方向中央に、かつ外プレートおよび内プレートの幅方向外側に略直線的に向かう辺42,72とから形成されている。辺42,72は、外プレート7の円弧部分41,71の端部接線方向に対して内側に向かうように設定されている。
【選択図】図1
【解決手段】外プレート4が、1対のリンクピン孔の間に形成されたほぼ矩形の外窓11を有し、内プレート7が、1対のブッシュ孔5の間に形成されたほぼ矩形の内窓10を有している。外窓および内窓の隅には丸みがとってある。外プレート4および内プレート7は、長さ方向両端部の円弧部分41,71と円弧部分41,71から長さ方向中央に、かつ外プレートおよび内プレートの幅方向外側に略直線的に向かう辺42,72とから形成されている。辺42,72は、外プレート7の円弧部分41,71の端部接線方向に対して内側に向かうように設定されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、駆動用ローラチェーンに関し、特に、軽量化を図るのに好適な駆動用ローラチェーンに関する。
特開2006−064049号公報には、リンクピンのピン孔から先端側の外形が、ピン孔の中心から見て中心線から45°の方向で最大となるように一様に滑らかに膨出させたリンクプレートを有するローラチェーンが記載されている。このローラチェーンのリンクプレートによれば、重量の増大を少なくして強度を増大させることができる。
また、特開平4−210144号公報には、荷重に対する変形量をリンクプレートと同じにすることによってリンクピンにかかる応力を低減することができるサイレントチェーンのガイドリンクプレートが記載されている。このガイドリンクプレートには、リンクピンを通すピン孔以外に開口またはスリットが形成されている。
特開2006−064049号公報
特開平4−210144号公報
特許文献1に記載されたローラチェーンは、その程度が小さいというものの、膨出部を形成しているので、重量の軽減には限界がある。一方、特許文献2に記載されたサイレントチェーンでは、開口やスリットがあるのである程度の軽量化は望める。しかし、変形量をリンクプレートと同じにするようにガイドリンクプレートの形状が決定されているだけであり、強度を維持して荷重に対する変形を抑えつつ、併せて軽量化を図るという点では満足のいく形状を提供していない。また、従来はリンクプレートに関して積極的な軽量化の検討はなされておらず、例えば、車両に搭載されて動力を伝達するために用いられる駆動用ローラチェーンの開発では、強度を低下させることなく軽量化するのが重要な課題となっている。
本発明の目的は、荷重に対する十分な強度を有していながら、軽量化を図ることができる駆動用ローラチェーンを提供することにある。
上記課題を解決するための本発明は、複数のリンクプレートを連結部材で互いに連結してなる駆動用ローラチェーンにおいて、前記リンクプレートに、前記連結部材を嵌挿する二つの連結用孔と、該二つの連結用孔の間に形成された矩形窓とが設けられている点に第1の特徴がある。
特に、一対のリンクピン孔を有する外リンクプレートと、一対のブッシュ孔を有する内リンクプレートとからなり、前記内リンクプレートのブッシュ孔に両端が嵌合されたブッシュと該ブッシュに挿通され両端が前記リンクピン孔に嵌合されたリンクピンとで前記外リンクプレートおよび内リンクプレートを互いに連結してなる駆動用ローラチェーンにおいて、前記外リンクプレートが、前記1対のリンクピン孔の間に形成された外窓を有し、前記内リンクプレートが、前記1対のブッシュ孔の間に形成された内窓を有している点に第2の特徴がある。
また、本発明は、前記外窓の外リンクプレート幅方向寸法と前記リンクピン孔の直径とが略同一であり、前記内窓の内リンクプレート幅方向寸法と前記ブッシュ孔の直径とが略同一である点に第3の特徴がある。
また、本発明は、前記外リンクプレートおよび内リンクプレートが、その長さ方向および幅方向のいずれにおいても対称形状をなしている点に第4の特徴がある。
また、本発明は、前記外窓および内窓が、略矩形である点に第5の特徴があり、前記外窓および内窓の隅には丸みがとってある点に第6の特徴がある。
また、本発明は、前記外リンクプレートおよび内リンクプレー) の外形が、その長さ方向両端部の円弧部分と、該円弧部分から長さ方向中央に、かつ該外リンクプレートおよび内リンクプレートの幅方向外側に略直線的に向かう辺とから形成されており、前記辺が、前記外リンクプレートの前記円弧部分の端部接線方向に対して内側に向かうよう設定されている点に第7の特徴がある。
さらに、本発明は、前記外リンクプレートおよび内リンクプレートの外形および前記外窓および内窓の形状が、歪みエネルギーの面方向分布の解析結果に基づいて決定されている点に第8の特徴がある。
第1〜第4の特徴によれば、外リンクプレートおよび内リンクプレートに窓が開けられていることによって、駆動用ローラチェーンの軽量化が図られる。
第5および第6の特徴によれば、円形の窓と比較して軽量化効果が大きい。第6の特徴によれば、窓の隅の丸みにより、窓を大きくしつつ、応力集中を回避できる。
第7の特徴によれば、外リンクプレートおよび内リンクプレートのそれぞれの両端部の円弧部分から幅方向に拡大する形状をとりつつ、円弧部分につながる辺を略直線的にしてできるだけ形状を小さく形成することができる。
第8の特徴によれば、歪みエネルギーの面方向分布を解析することにより、より大きい力を伝達している部分と、そうでない部分とを区別でき、的確に無駄な部分を削除して軽量化が図られる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図3は本発明の一実施形態に係る駆動用ローラチェーンの要部斜視図、図4は同上面図である。この駆動用ローラチェーンは、例えば、自動二輪車においてエンジンの出力を駆動輪に伝達するために用いられる。駆動ローラチェーン1は、内リンク2と外リンク3とを順次連結して必要な長さのものに形成される。内リンク2は一対の内リンクプレート(以下、単に「内プレート」という)4と該内プレート4に形成されたブッシュ孔5に嵌挿されるブッシュ6とからなる。一方、外リンク3は一対の外リンクプレート(以下、単に「外プレート」という)7と該外プレート7に形成されたピン孔8に嵌挿されるリンクピン9とからなる。
内プレート4には、2個一対のブッシュ孔5の他に、該ブッシュ孔5間に位置する矩形の開口(以下、「内窓」という)10を有する。同様に、外プレート7には、2個一対のピン孔8の他に、該ピン孔8間に位置する矩形の開口(以下、「外窓」という)11を有する。
組み立て時、内プレート4のブッシュ孔5にブッシュ6を嵌挿して内リンク2を形成する。また、1枚の外プレート7のピン孔8にリンクピン9の一端を嵌挿しておく。次いで、内リンク2の一側面に外プレート7に嵌挿されたリンクピン9の先端をあてがい、リンクピン9をブッシュ6内に挿通遊嵌させる。そして、ブッシュ6を貫通させて反対側に突出させたこのリンクピン9の他端をもう1枚の外プレート7のピン孔8に嵌挿する。このようにして1組の駆動用ローラチェーン1が組み立てられる。
なお、ブッシュ6はブッシュ孔5に所定の締め代で塑性域圧入され、ローラピン9はピン孔8に所定の締め代で塑性域圧入される。また、上記組み立て順序は一例であり、種々変形できる。
内プレート4および外プレート7の形状をさらに説明する。図1は内プレート4の正面図、図2は外プレート7の正面図であり、いずれも1/4モデルで表示している。つまり内プレート4および外プレートはその長さ方向および幅方向のいずれにおいても対称形状をなしている。
図1から分かるように、内窓10は内プレート4の長さ方向(ブッシュ孔5,5をつなぐ線方向)に直交する方向(つまり幅方向)での寸法h1がブッシュ孔5の直径d1とほぼ同一である。
同様に、図2において、外窓11は外プレート7の長さ方向(ピン孔8,8をつなぐ線方向)に直交する方向(つまり幅方向)での寸法h2がピン孔8の直径d2とほぼ同一である。
また、内プレート4および外プレート7は、それぞれの長さ方向両端を形成している部分円41,71の円弧角α1,α2は、従来の内プレートや外プレートの円弧角より小さく設定されている。比較のため、図中に鎖線で従来の内プレートと外プレートの外形と端部円弧角(符号α1−0,α2−0を付している)とを示す。つまり、本実施形態の内プレート4および外プレート7は、従来、大きく設定されていた端部部分円の面積を小さくする一方、内プレート4および外プレート7の幅方向の外形部分(辺)42,72をほぼ直線的に形成して端部部分円の接線方向Tより内側に延長されるように設定している。
なお、外プレート4の辺42は内プレート7の辺72よりやや直線度を緩めて弧を描いている。これは、外プレート7の場合、端部円弧部分から辺42を直線的に伸ばすと、ブッシュ孔5の縁と辺42との間が短くなりすぎて、十分な荷重を伝達することができないからである。辺42を少し外側に膨らますことで耐荷重を十分なものにしている。辺42を辺72と同様の直線的にするためには、円弧角α1を円弧角α2より少し大きめに設定すればよい。こうすることによって、ブッシュ孔5と辺42の縁との距離を大きく確保することができる。
内窓10および外窓11は矩形に限らず、図2に示すように外プレート7や内プレート4の長さ方向中央部でやや幅を絞った形状としてもよい。また、内窓10や外窓11の隅は応力集中を回避できるように丸みをつける(いわゆるrをとる)のがよい。
このように、本実施形態の駆動用ローラチェーン1は、内プレート4および外プレート7に内窓10および外窓11をそれぞれ設けるとともに、端部部分円41,71を、その円弧角が小さいものにして面積を減らしているので、従来品と比較して大幅な軽量化が図られている。例えば、図1,図2に示したものでは、約23%の軽量化が図られている。
次に、上記軽量化された内プレート4および外プレート7の形状決定に至る手順を説明する。図5は、形状決定の手順を示すフローチャートである。この形状決定手順には、位相最適化、形状最適化、および応力比較を含んでいる。
まずステップS1では、設計変数を外プレートの1/4モデルの全域におけるメッシュ密度、目的関数を剛性最大化、制約条件を重量30%減として位相最適化を行う。
位相最適化は、密度法を採用して行った。密度法では、外プレート7の材料の縦弾性係数Eが密度ρのN乗に比例する(E=ρNE0)と仮定して、各メッシュの密度比を設計変数として最適位相を求める。E0は設定した縦弾性係数である。各メッシュの密度ρを0.0〜1.0で変化させることによって、位相最適化の計算で使われる縦弾性係数Eが0.0〜E0に変動する。最適化計算では、モデル12の全域の各メッシュを設計変数とし、この設計変数が、重量を30%減とする制約条件を満たしながら、目的関数としての剛性の最大化を実現するために繰り返し計算を行って最適解を求める。最適解を求めるための有限要素解析ソフトや有限要素モデル作成プログラム等は既存のものを使用することができる。
図6は、位相最適化対象としてのローラチェーンモデルのメッシュデータを示す図である。有限要素モデル12は、従来のローラチェーンに用いられている外プレートの1/4モデルである。解析は、モデル12の対称境界13,14を拘束し、ピン孔8に対して矢印15方向に作用する荷重Pを与えて行った。なお、分割メッシュは図示を省略している。
図6の濃淡模様は位相最適化計算による最適解としての密度分布を示す。模様の濃い部分が薄い部分より密度が大きい領域であり、この領域では外プレートが仕事をしてより大きい力を伝達する。つまり、ローラチェーンの外プレートとしては、濃度の高い部分がエネルギー伝達のために重要な部分であり、濃度の低い部分はさほど重要でない部分と判断できる。特に、モデル12のうち、白抜きで表している領域16,17,18等はローラチェーンの外プレートとしてはほとんど重要性はなく、削除可能と考えられる。
図5のステップS2では、形状トポロジーの決定を行う。ステップS2では、位相最適化で得られた重要部分とそうでない部分とに基づいて、外プレート7の望ましい形状を抽出する。つまり、図6の模様の濃淡から判断できる歪みエネルギーを分担できる最適な形状を解析者が判断して、手作業で制御点を決定する。
図7は、決定された形状のトポロジーを示す図であり、符号18は制御点を示す。つまり、図6に示した濃度の高い部分を含む領域を特徴点としての制御点18によって定義し、外プレート7の形状を決定している。ピン孔8の形状は半径で定義される。
形状のトポロジーが決定されたならば、ステップS3で形状最適化を行う。ステップS2では、外プレート7の特徴点を決定しただけであるので、ステップS3では、これに寸法を与える計算を行う。計算は、形状最適化のための既存のプログラムを使用する。形状最適化では、目的関数は剛性最大化、設計変数は制御点の移動量、制約条件は重量30%減である。図8は、形状最適化されて制御点が移動した結果のメッシュデータを示す図である。
図5のステップS4では、ステップS1〜S3で形状を決定した外プレート7と、従来形状の外プレートとのCAEによる応力比較を行う。応力の評価はミーゼス応力を計算して行った。ミーゼス応力の計算は汎用の構造解析プログラムによって実行することができる。なお、応力の評価は、ミーゼス応力の計算によって行うものに限定されない。
図9は、従来の外プレートのミーゼス応力、図10は本実施形態の上記手順で決定された外プレート7のミーゼス応力をそれぞれ示す図である。これらの図において、応力の大きい部分20,21は、いずれもピン孔8の周辺近くにあって、外プレート7の外窓11を除いた領域に分布している。これから分かるように、本実施形態の外プレート7は従来の外プレートにおいて応力の小さい部分を削除し、応力の大きい部分は残した形状になっている。つまり、本実施形態の外プレート7は従来品の無駄な部分を削除したものに対応し、位相最適化および形状最適化手法により、重量最小化が達成されている。
なお、計算による応力解析と併せて、従来品の外プレートのピン孔に外プレートの長手外周方向へ荷重をかけて引っ張り試験を行い、ピン孔周りの4か所で応力−歪み線図を作成した。その結果、応力の増大に伴うピン孔周辺で外プレートの長さ方向の歪みは極めて小さく、この部分が剛性に関して無駄な領域であることが分かった。この結果は、上述のミーゼス応力の分布と符合する。
上述の位相最適化、形状最適化並びに応力比較、引っ張り試験等により、最適に軽量化された外プレート7の形状が決定され、内プレート4の形状も同様の手法で決定することができる。
1…駆動用ローラチェーン、 2…内リンク、 3…外リンク、 4…内プレート、 5…ブッシュ孔、 6…ブッシュ、 7…外プレート、 8…ピン孔、 9…リンクピン、 10…内窓、 11…外窓、 12…有限要素モデル、 13…対称境界、 42、72…辺、
Claims (8)
- 一対のリンクピン孔を有する外リンクプレートと、一対のブッシュ孔を有する内リンクプレートとからなり、前記内リンクプレートのブッシュ孔に両端が嵌合されたブッシュと該ブッシュに挿通され両端が前記リンクピン孔に嵌合されたリンクピンとで前記外リンクプレートおよび内リンクプレートを互いに連結してなる駆動用ローラチェーンにおいて、
前記外リンクプレートが、前記1対のリンクピン孔の間に形成された外窓を有し、
前記内リンクプレートが、前記1対のブッシュ孔の間に形成された内窓を有していることを特徴とする駆動用ローラチェーン。 - 前記外窓の外リンクプレート幅方向寸法と前記リンクピン孔の直径とが略同一であり、
前記内窓の内リンクプレート幅方向寸法と前記ブッシュ孔の直径とが略同一であることを特徴とする請求項1記載の駆動用ローラチェーン。 - 前記外リンクプレートおよび内リンクプレートが、その長さ方向および幅方向のいずれにおいても対称形状をなしていることを特徴とする請求項1または2記載の駆動用ローラチェーン。
- 前記外窓および内窓が、略矩形であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の駆動用ローラチェーン。
- 前記外窓および内窓の隅には丸みがとってあることを特徴とする請求項4記載の駆動用ローラチェーン。
- 前記外リンクプレートおよび内リンクプレートの外形が、その長さ方向両端部の円弧部分と、該円弧部分から長さ方向中央に、かつ該外リンクプレートおよび内リンクプレートの幅方向外側に略直線的に向かう辺とから形成されており、
前記辺が、前記外リンクプレートの前記円弧部分の端部接線方向に対して内側に向かうように設定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の駆動用ローラチェーン。 - 前記外リンクプレートおよび内リンクプレートの外形および前記外窓および内窓の形状が、歪みエネルギーの面方向分布の解析結果に基づいて、該歪みエネルギーが小さい部位に略一致するように決定されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の駆動用ローラチェーン。
- 複数のリンクプレートを連結部材で互いに連結してなる駆動用ローラチェーンにおいて、
前記リンクプレートに、前記連結部材を嵌挿する二つの連結用孔と、該二つの連結用孔の間に形成された矩形窓とが設けられていることを特徴とする駆動用ローラチェーン。
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